Чем определяется внутреннее сопротивление вч генератора

Чем определяется внутреннее сопротивление вч генератора

Вопросы ЭМС микропроцессорной аппаратуры РЗА
в большей или меньшей степени освещаются в нормативной и технической документации и литературе [1–4]. Напомним, что ЭМС микропроцессорной аппаратуры определяется ее собственной устойчивостью к помехам и электромагнитной обстановкой (ЭМО) на объекте, где она размещается. Обеспечение должной устойчивости аппаратуры к помехам является задачей ее изготовителя. При этом соответствие реальных уровней устойчивости аппаратуры требованиям стандартов или декларациям изготовителя может дополнительно проверяться независимыми организациями в ходе процедур сертификации или экспертной оценки. Кроме того, такая проверка может быть проведена по инициативе заказчика аппаратуры. Решая проблемы ЭМС, следует учитывать, помимо данных о помехоустойчивости аппаратуры, такие параметры, как электрическая прочность изоляции вторичных цепей, клеммных сборок и т.п. Опыт показывает, что именно эти элементы часто повреждаются (или пробиваются) в первую очередь, что приводит в итоге к повреждению собственно МП устройств РЗА.

Оценка обстановки
Что касается процедур оценки ЭМО, то для существующих объектов производится комплекс измерений, позволяющих оценить состояние заземляющего устройства по условиям ЭМС, уровни импульсных помех при коммутациях высоко– и низковольтного оборудования, уровни магнитных полей и электростатических потенциалов в нормальном режиме работы объекта и т.п. [2–4]. Сложнее оценить помехи и поля от источников, прямые измерения для которых фактически невозможны. Так, прямые измерения полей и помех при молниевых разрядах и КЗ в высоковольтной сети удается произвести достаточно редко. Поэтому здесь необходимо применять методы расчетного и имитационного моделирования.
Оценивая ЭМО на стадии проектирования новых объектов, приходится всецело полагаться на существующую нормативную документацию (к сожалению, не всегда достаточную и иногда противоречивую), а также на расчетные методы, позволяющие производить довольно точный анализ [3].
Принято считать, что, имея результаты оценки ЭМО и данные по помехоустойчивости аппаратуры, можно чуть ли не автоматически определить, обеспечивается ЭМС МП устройств РЗА на данном объекте или нет. Однако интерпретация результатов оценки ЭМО и «привязка» их к уровням помехоустойчивости аппаратуры – задачи не шаблонные. Так как в данной статье нет возможности рассмотреть все эти вопросы детально, остановимся несколько подробнее лишь на оценке опасности для аппаратуры помех при коммутациях высоковольтного оборудования.

Устойчивость аппаратуры к помехам
Сначала рассмотрим процедуру определения устойчивости аппаратуры к импульсным помехам согласно ГОСТ Р 51317.4.12-99 (МЭК 61000-4-12-97). Подобные помехи создаются, в частности, при коммутациях высоковольтного оборудования. Процедура испытаний заключается в том, что на входы работающей аппаратуры подаются импульсы от стандартного испытательного генератора и при этом контролируется правильность работы аппаратуры: отсутствие ложных срабатываний, «зависания», перезагрузки и физического повреждения устройств.
В требованиях к МП аппаратуре РЗА (например [5]) дается класс жесткости испытаний, которому соответствует некоторое испытательное напряжение. Но это напряжение определяется на холостом ходу испытательного генератора. В реальности напряжение, приложенное к аппаратуре при испытаниях, будет зависеть от ее полного входного сопротивления (точнее, от амплитудно– и фазочастотной характеристики в спектре частот рассматриваемых импульсов). Более того, вольт-амперная характеристика входов аппаратуры нередко оказывается нелинейной, особенно в случае установки в аппаратуру разрядников, варисторов и т.п. нелинейных устройств защиты. Кстати, в случае превышения мощностью помехи нагрузочной способности, например, варистора, он может быть выведен из строя, хотя напряжение помех на входе оборудования не превысит нескольких сотен вольт. Как показывают измерения, это напряжение часто оказывается существенно меньше нормированного.
Разумеется, это не снижает ценность результатов испытаний, поскольку стандартами нормируется еще и внутреннее сопротивление испытательного генератора. Поэтому мощность помехи, попадающей на аппаратуру, контролируется в любом случае.

• Подъем потенциала части заземляющего устройства (ЗУ) на высокой частоте (ВЧ) из-за стекания емкостных высокочастотных токов с заземления коммутационных аппаратов. В результате создается локальный подъем потенциала ЗУ на высокой частоте, который может приводить к появлению помех во вторичных цепях (по гальваническому или емкостному механизму).
• Появление ВЧ-токов в протяженных заземлителях за счет индуктивных наводок на них. Создаваемые при этом токи в заземлителях неизбежно порождают разности потенциалов на высокой частоте между различными частями ЗУ. Эти разности потенциалов оказываются приложенными к изоляции вторичных цепей и входам аппаратуры.
• Проникновение помех во вторичные цепи непосредственно через измерительные трансформаторы (ТН, ТТ), а также цепи присоединения аппаратуры ВЧ-защит и ВЧ-связи.
• Наводки на вторичные цепи как от токов, протекающих по шинопроводам в высоковольтной части объекта, так и от порожденных ими токов в протяженных заземлителях. При этом происходит единый переходный процесс, затрагивающий всю территорию объекта и подходящие ВЛ. Из-за соизмеримости длины волны на частотах коммутационных помех (обычно 0,5–10 МГц) с длинами шинопроводов, магистральных заземлителей и вторичных кабелей, возможно возникновение резонансных эффектов.

Натурные измерения
Анализ данных, полученных в результате измерений высокочастотным осциллографом, также не сводится к механическому сопоставлению уровней устойчивости аппаратуры и измеренных уровней помех. Для того, чтобы такое сопоставление было полностью корректным, необходимо, чтобы измерение производилось на разомкнутой со стороны аппаратуры цепи (т.е. аналогично режиму холостого хода испытательного генератора). При этом вся остальная цепь должна быть полностью собрана, включая присоединение к ТТ, ТН или фильтру присоединения. Только в этом случае можно говорить о возможности прямого сравнения измеренных значений и степеней жесткости испытаний аппаратуры.
Более того, нагружая цепь на балластный резистор с калиброванным сопротивлением, можно получить зависимость напряжения от нагрузки, что будет характеризовать результирующее внутреннее сопротивление источника помехи. Это возможно, если однотипные коммутации проводятся последовательно несколько раз.
К сожалению, во многих случаях измерения приходится производить на действующих (подключенных к аппаратуре) цепях РЗА или АСКУЭ и связи. В этом случае, наряду с осциллограммой напряжения, целесообразно записывать осциллограммы тока, для чего необходимы высокочастотные осциллографирующие токовые клещи. Тогда появляется возможность оценить мощность помехи, передаваемой на нагрузку. Если полученный результат сопоставить с режимом испытательного генератора, при котором на нагрузку передается та же мощность, то можно вычислить эквивалентное напряжение испытательного генератора, которое было бы приложено на холостом ходу при тех же уставках генератора. Разумеется, такая оценка будет корректной, лишь когда внутреннее сопротивление реального источника помехи близко к внутреннему сопротивлению испытательного генератора. Но поскольку параметры генераторов для испытаний аппаратуры на помехоустойчивость определяются ГОСТ и МЭК на базе обобщения многолетних испытаний и расчетов, можно считать, что такое соответствие приближенно обеспечивается.

Мониторинг помех
Еще одним важным моментом является то, что при выполнении коммутационных операций далеко не всегда удается воспроизвести режимы, наихудшие по условиям влияния на вторичные цепи. Действительно, при оценке ЭМО выполняются лишь те коммутации, которые не нарушают нормальный режим работы объекта.
Практика показывает, что при коммутации различными аппаратами уровни помех во вторичных цепях могут существенно различаться. В этом случае возможно использование расчетных методов или методик имитационного моделирования для расчета помех от представляющихся наиболее опасными коммутационных операций или КЗ. Но, как уже говорилось, точность таких оценок будет невысока.
Для объектов высокой важности, заблаговременно намечаемых под реконструкцию на базе внедрения МП аппаратуры, представляется весьма перспективным долговременный мониторинг помех. Для этого в выбранные цепи (их определяют по условиям наибольшей опасности влияния помех) устанавливаются работающие в долговременном режиме устройства регистрации. Такие устройства позволяют автоматически (т.е. по факту прихода помехи, превышающей заданную уставку) фиксировать осциллограмму помехи и запоминать ее в памяти присоединенного к измерительному комплексу компьютера. При этом фиксируется и время прихода помехи, что позволяет осуществить ее «привязку» к оперативному журналу. При интерпретации результатов измерения в режиме долговременной регистрации помех следует учитывать все моменты, о которых речь шла выше.
Возможно более дешевое решение проблемы с помощью пороговых регистраторов, фиксирующих только уровень помехи без запоминания осциллограммы. Недостаток такого варианта – меньшая информативность полученных данных, а достоинство – сравнительно низкая стоимость и большее количество цепей, которые можно диагностировать одновременно.

Нетривиальная задача
Статью ни в коем случае не следует рассматривать как некое исчерпывающее руководство по определению помех при коммутационных операциях. Это лишь некоторые соображения, свидетельствующие о необходимости тщательного анализа собранных результатов оценки электромагнитной обстановки перед их сопоставлением с документированными уровнями устойчивости аппаратуры.
В силу сказанного, оправданным представляется, в частности, развитие новых методов контроля уровней помех (например, режима длительного мониторинга). Кроме того, хорошей практикой является обеспечение некоторого «запаса» при решении проблемы ЭМС, –т.е. некоторого превышения (в 1,5 – 2 раза) уровня устойчивости аппаратуры над ожидаемыми уровнями помех на объекте.
Что же касается расчетного и имитационного моделирования, то, как представляется автору, основной задачей является повышение точности и достоверности этих методов. Рамки статьи не позволяют даже бегло рассмотреть тонкости методик проверки обеспечения ЭМС для других источников помех – коротких замыканий, молниевых разрядов и т.п, но и без этого ясно, что сопоставление данных оценки ЭМО и информации по помехоустойчивости является далеко не столь простой и обыденной задачей, как это кажется на первый взгляд.

Как по характеристикам генератора определить его внутреннее активное и индуктивное сопротивления

Если имеются в наличии скоростные характеристики генератора: зависимость ЭДС от оборотов, напряжения на нагрузке от оборотов и тока от оборотов, то нетрудно определить сопротивление обмоток генератора r и его реактивное (индуктивное) сопротивление X. Индуктивное сопротивление обмоток растет с ростом частоты вырабатываемого напряжения, т.е. с ростом числа оборотов. Ветряк может работать в диапазоне ветров 2,5 – 12 м/с и реактивное сопротивление может изменяться в 5 раз. Достаточно вычислить реактивное сопротивление для одной частоты вращения генератора. Для других скоростей вращения сопротивление пересчитывается пропорционально изменению скорости вращения.

Эквивалентная схема генератора состоит из источника ЭДС и двух сопротивлений: X и r, которые расположены внутри генератора. R – это сопротивление нагрузки.

Активное r и реактивные X сопротивления складываются не арифметически, а геометрически. Их сумма равна гипотенузе треугольника, катеты которого активное и реактивное сопротивления. Реактивное сопротивление в генераторе также, как и аиктвное, препятствует прохождению тока. На нем также происходит падение напряжения (но со сдвигом фазы). Отличие реактивного сопротивления от активного в том, что на реактивном сопротивлении не теряется мощность. При большом внутреннем активном сопротивлении генератора падает КПД. А большое реактивное сопротивление даже полезно в определенных случаях. Оно несколько стабилизирует выходное напряжение при изменении нагрузки и ограничивает ток короткого замыкания.

Для расчета надо иметь данные для двух частот вращения генератора.

Ток, протекающий в цепи при первой частоте вращения равен:

Ток, протекающий при второй, более высокой частоте вращения:

Из этих двух уравнений несложно найти X₁ и r

В формулах n₁ и n₂ – первая и вторая частота вращения генератора. Можно подставлять в об/мин или об/с. Важно, чтобы в одной формуле единицы были одинаковы.

Индуктивное сопротивление X рассчитано для первой, нижней, частоты вращения. Для любой другой частоты вращения его легко пересчитать

В качестве примера рассчитаем внутренние сопротивления двух генераторов. ВГБЖ – 02(64)/28,5-200-02 и Г303В.

При скорости вращения 120 об/мин E₁ = 23 В, U₁ = 19,5 В, I₁ = 2,75 А.

При скорости вращения 500 об/мин E₂ = 95 В, U₂ = 71 В, I₂ = 9 А.

Величина реактивного сопротивления при 120 об/мин.

Ом.

Если E₂, U₂, I₂ подставить для частоты в 300 и 400 об/мин, то значение X₁₂₀ получатся 1,51 и 1,57 Ом. Среднее значение 1,56 Ом. Точность получается очень хорошая. Но для скорости вращения в 180 об/мин расчет дает отрицательное значение под корнем. На кривой тока видно, что при 180 об/мин точка смещена вверх от плавного хода кривой. Погрешность при измерении характеристик оказалась слишком большой. Для надежного расчета точки надо брать далеко друг от друга по оси скорости вращения.

Посчитать внутреннее активное сопротивление генератора не получается. Сопротивление нагрузки на графиках указано 14 Ом. Но если разделить напряжение на ток, то при 120 и 500 об/мин получится: 19,5/2,75 = 7,1 Ом. 71/9 = 7,9 Ом. Сопротивление нагрузки указано ошибочно. Скорее всего, генератор испытывался под нагрузкой 7 Ом. Повышение величины нагрузочного сопротивления с ростом оборотов связано с тем, что либо сопротивление раскалилось и возросло от нагрева или же сопротивление намотано в катушку и на высоких частотах приобретает заметную индуктивную составляющую. Можно принять сопротивление нагрузки равным 7,5 Ом, тогда внутреннее активное сопротивление генератора равно

Ом.

С учетом неопределенности сопротивления нагрузки, внутреннее сопротивление лежит в пределах 0,32 – 1,12 Ом.

Индуктивное сопротивление при 500 об/мин, а такие обороты реальны для ветряка, возрастает до 1,56*500/120 = 6,5 Ом и заметно влияет на величину тока в нагрузке. Поэтому его необходимо учитывать при расчетах. Иначе ошибка может быть значительна. Внутреннее активное сопротивление генератора имеет малую величину, и даже такая большая погрешность в его определении мало скажется на величине тока в нагрузке.

На этом графике не показаны кривые тока. Но ток легко вычислить, разделив напряжение на нагрузке, на сопротивление. При сопротивлении наргузки 10 Ом и оборотах 360 и 2000 об/мин получится

Ом

Ом

Реактивное сопротивление на высоких оборотах у этого генератора будет тоже большим. Этот генератор высокооборотистый. Номинальные обороты около 6000 об/мин. При 2000 об/мин. X₂₀₀₀ = 1,74*2000/360 = 9,7 Ом. При 6000 об/мин. X₆₀₀₀ = 1,74*6000/360 = 29 Ом

3 февраля 2008г.
Розин М. Н.

Чем определяется внутреннее сопротивление вч генератора

В данной статье предпринята попытка оптимизировать структуру генераторного оборудования. Оптимизация будет заключаться в получении высоких технических характеристик, таких как относительная нестабильность, а также малых габаритах и весе. В условиях ограниченного энергообеспечения бортовых устройств, преобразовательной и генераторной радиотехники возможность повышения их энергетической эффективности подчас приобретает для разработчиков решающее значение. В системах электропитания высокоэффективные преобразователи нашли самое широкое применение, вытеснив практически всё, что использовалось для этих целей до 80-х годов прошлого века. В генераторной (преобразовательной) технике высокой частоты (ВЧ) это менее заметно, хотя многое достигнуто и в этой области. В частности, в мощном радиостроении достаточно широко использовался «бигармонический режим» генератора.

последовательный резонансный инвертор

1. Артым А.Д. Усилители класса «D» и ключевые генераторы в радиосвязи и радиовещании. – М.: Связь, 1980. – 209 с.

2. Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов: Учеб. пособие. Изд-во НГТУ, 2007. – 998 с.

3. Козырев В.Б., Лаврушенков В.Г., Леонов В.П. и др. Транзисторные генераторы гармонических колебаний в ключевом режиме./ Под ред. Попова И.А. – М.: Радио и связь, 1985. – 130 с.

4. Бакалов В.П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.И. Основы теории цепей: Учебник для вузов./ Под ред. В.П. Бакалова. 3-е изд., перераб. И доп. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007. – 426с.

5. Заездный А.М. Гармонический синтез в радиотехнике и электросвязи. – М.: Госэнергоиздат, 1961. – 535 с.

С появлением современной твердотельной электроники нашли применение схемы резонансных инверторов ВЧ, получивших условное название генераторов класса D. Возможность повышения КПД и мощности генератора при работе на расстроенную нагрузку была обнаружена в 60-е годы Е.П. Хмельницким. Аналогичные режимы под названием класс Е широко рассматриваются в зарубежной периодике. В отечественной литературе генераторы этого типа получили название «ключевые генераторы с формирующим контуром» [1].

Последовательный резонансный инвертор

В оптимальном режиме КПД такого инвертора может достигать 90-95%. Однако на повышенных частотах эффективность инвертора заметно падает за счет паразитной выходной емкости активного элемента – ключа (электронной лампы, транзисторы). Для оценки эффективности инвертора на повышенных частотах рассмотрим один из возможных вариантов схемы генератора представленной на (рис. 1а).

Рис. 1. Последовательный резонансный инвертор

Непосредственный анализ этой схемы затруднителен, т.к. она может быть описана дифференциальным уравнением не ниже третьего порядка.

Задача упрощается при следующих условиях:

1. Резонансная частота контура (ω0) близка к частоте возбуждения (переключения) ω.

2. Затухание контура достаточно мало

RН

3. Внутреннее сопротивление активного элемента (АЭ) в открытом состоянии, существенно меньше сопротивления нагрузки

При этих условиях последовательный контур можно заменить эквивалентным генератором тока

а АЭ представить «ключом» с потерями.

Таким образом, эквивалентная схема генератора принимает вид (рис. 1б). Заметим, что второе условие у последовательного резонансного инвертора выполняется и при гармонической форме управляющего напряжения.

Поскольку переключение цепей осуществляется ключами поочередно, для полных сопротивлений (Z) ключей можно записать следующие выражения:

(4)

(5)

(6)

С учетом принятых обозначений, эквивалентную схему рисунок 2.1б можно описать линейным неоднородным дифференциальным уравнением следующего вида

(7)

Периодическое решение этого уравнения нетрудно найти методами гармонического синтеза

(8)

на интервале и

(9)

на интервале .

Это же решение можно записать в виде ряда Фурье

(10)

Здесь и в предшествующих двух выражениях

(11)

Выражение (11) позволяет найти амплитуду первой гармоники напряжения на АЭ

(12)

Форму импульса выходного тока можно определить следующим выражением: i = e(t)/Z1, или на интервале

(13)

на интервале

Ограничимся рассмотрением области малых значений из (11)

(14)

Как будет показано ниже, уже в этой области происходит существенное ухудшение энергетических показателей ключевого генератора.

С учетом (14) можно приближенно определить амплитуду контурного тока

(15)

или после приведения подобных членов

(16)

Определим теперь постоянную составляющую выходного тока АЭ

На основании (13) и (16)

После простых преобразований получим

или, принимая во внимание (14)

(17)

Мощность, потребляемая от источников питания одним АЭ

(18)

Для колебательной мощности, отдаваемой одним АЭ в нагрузку, на основании (16) получим следующее выражение:

(19)

Соответственно может быть определена мощность потерь на АЭ

(20)

Первое слагаемое в (20) характеризуется потери на АЭ обусловленные протеканием контурного тока (i). Второе слагаемое учитывает потери, вызванные разрядным током выходной емкости С0. Наличие именно этого слагаемого приводит к увеличению потерь и уменьшению КПД на повышенных частотах.

Выражения (18) и (19) позволяют определить КПД генератора

(21)

Рис. 2. Зависимость КПД генератора от сопротивления нагрузки

Семейство зависимостей (21) приведено на (рис. 2). Как видно из этого семейства, каждому значению φ1(ω) соответствует определенное оптимальное значение сопротивления нагрузки Rн, которое можно найти путем исследования (21) на экстремум

(22)

Это же семейство подтверждает справедливость ограничения области рассматриваемых значений φ1. Действительно, при φ1=100 (0,175 рад) максимально возможное значение КПД не превышает 0,5.

Подставляя (22) в (21), получим значение максимально возможного КПД генератора на заданной рабочей частоте

(23)

Сопоставим с КПД обычного резонансного усилителя мощности (), работающего в номинальном режиме с углом отсечки Θ=900.

(24)

здесь – коэффициент формы импульса выходного тока: при Θ=900 ,

– критический коэффициент использования выходного напряжения в номинальном режиме. При

(25)

использование ключевого режима становится нецелесообразным.

Частота, на которой начинает выполняться условие (25), может быть условно определена как «критическая» (или граничная) для данного типа ключевого генератора (ωкр).

Воспользуемся условием (25) и выражениями (23), (24) для определения ωкр

После несложных преобразований получим

(26)

Выражение (26) позволяет найти максимальную частоту диапазона, в пределах которого ключевой генератор обладает более высоким КПД по сравнению с обычным генератором. При этом следует иметь в виду, что Rн выбирается в соответствии с (22).

Как видно из (26), важнейшим параметром ключевого генератора является отношение , так как в номинальном режиме – величина более или менее постоянная.

Если сопротивление нагрузки не соответствует (24), то для определения граничной частоты необходимо воспользоваться выражениями (21) и (24). Окончательно получим

Опыт разработки генераторов рассмотренного типа на современных полевых транзисторах с изолированным затвором позволяет строить эффективные генераторы с критической частотой порядка 150-200 МГц.

Выводы:

На умеренно высоких частотах (φ = 0,0025-0,005) при допустимом снижении КПД на 20% полоса рабочих частот усилителя может достигать удвоенной полосы пропускания контура на уровне 3 дБ.

На высоких частотах (φ >0,01) падает и резонансное значение КПД и допустимая полоса рабочих частот.
Рабочую полосу частот можно регулировать подбором нагруженной добротности контура.

Рецензенты:

Сединин В.И., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Систем автоматизированного проектирования», ФГОБУ ВПО «СибГУТИ», г. Новосибирск.

Носов В.И., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Систем радиосвязи» ФГОБУ ВПО «СибГУТИ», г. Новосибирск.

1.8.13 . Синхронные генераторы и компенсаторы

Синхронные генераторы мощностью более 1 МВт напряжением выше 1 кВ, а также синхронные компенсаторы должны испытываться в полном объеме настоящего параграфа.

Генераторы мощностью до 1 МВт напряжением выше 1 кВ должны испытываться по пп.1-5, 7-15 настоящего параграфа.

Генераторы напряжением до 1 кВ независимо от их мощности должны испытываться по пп.2, 4, 5, 8, 10-14 настоящего параграфа.

1. Определение возможности включения без сушки генераторов выше 1 кВ.
Следует производить в соответствии с указанием завода-изготовителя.
2. Измерение сопротивления изоляции.
Сопротивление изоляции должно быть не менее значений, приведенных в табл.1.8.1.

3. Испытание изоляции обмотки статора повышенным выпрямленным напряжением с измерением тока утечки по фазам.

Испытанию подвергается каждая фаза или ветвь в отдельности при других фазах или ветвях, соединенных с корпусом. У генераторов с водяным охлаждением обмотки статора испытание производится в случае, если возможность этого предусмотрена в конструкции генератора.

Значения испытательного напряжения приведены в табл.1.8.2.
Для турбогенераторов типа ТГВ-300 испытание следует производить по ветвям.

Испытательное выпрямленное напряжение для генераторов типа ТГВ-200 и ТГВ-300 соответственно принимаются 40 и 50 кВ.

Для турбогенераторов ТВМ-500 (U_ном=36,75 кВ) испытательное напряжение — 75 кВ.

Измерение токов утечки для построения кривых зависимости их от напряжения производится не менее чем при пяти значениях выпрямленного напряжения — от 0,2U_max до U_max равными ступенями. На каждой ступени напряжение выдерживается в течение 1 минуты. При этом фиксируются токи утечки через 15 и 60 с.

Оценка полученной характеристики производится в соответствии с указаниями завода-изготовителя.
4. Испытание изоляции повышенным напряжением промышленной частоты.
Испытание проводится по нормам, приведенным в табл.1.8.3.

Испытанию подвергается каждая фаза или ветвь в отдельности при других фазах или ветвях, соединенных с корпусом.

Продолжительность приложения нормированного испытательного напряжения 1 мин.

При проведении испытаний изоляции повышенным напряжением промышленной частоты следует руководствоваться следующим:

а) испытание изоляции обмоток статора генератора рекомендуется производить до ввода ротора в статор. Если стыковка и сборка статора гидрогенератора осуществляются на монтажной площадке и впоследствии статор устанавливается в шахту в собранном виде, то изоляция его испытывается дважды: после сборки на монтажной площадке и после установки статора в шахту до ввода ротора в статор.

В процессе испытания осуществляется наблюдение за состоянием лобовых частей машины: у турбогенераторов — при снятых торцовых щитах, у гидрогенераторов — при открытых вентиляционных люках;

б) испытание изоляции обмотки статора для машин с водяным охлаждением следует производить при циркуляции дистиллированной воды в системе охлаждения с удельным сопротивлением не менее 100 кОм/см и номинальном расходе;

в) после испытания обмотки статора повышенным напряжением в течение 1 мин у генераторов 10 кВ и выше испытательное напряжение снизить до номинального напряжения генератора и выдержать в течение 5 мин для наблюдения за коронированием лобовых частей обмоток статора. При этом не должно быть сосредоточенного в отдельных точках свечения желтого или красного цвета, появления дыма, тления бандажей и тому подобных явлений. Голубое и белое свечение допускается;

г) испытание изоляции обмотки ротора турбогенераторов производится при номинальной частоте вращения ротора;

д) перед включением генератора в работу по окончании монтажа (у турбогенераторов — после ввода ротора в статор и установки торцевых щитов) необходимо провести контрольное испытание номинальным напряжением промышленной частоты или выпрямленным напряжением, равным 1,5U_ном. Продолжительность испытаний 1 мин.

5. Измерение сопротивления постоянному току.
Нормы допустимых отклонений сопротивления постоянному току приведены в табл.1.8.4.
При сравнении значений сопротивлений они должны быть приведены к одинаковой температуре.
6. Измерение сопротивления обмотки ротора переменному току.

Измерение производится в целях выявления витковых замыканий в обмотках ротора, а также состояния демпферной системы ротора. У неявнополюсных роторов измеряется сопротивление всей обмотки, а у явнополюсных — каждого полюса обмотки в отдельности или двух полюсов вместе. Измерение следует производить при подводимом напряжении 3 В на виток, но не более 200 В. При выборе значения подводимого напряжения следует учитывать зависимость сопротивления от значения подводимого напряжения. Сопротивление обмоток неявнополюсных роторов определяют на трех-четырех ступенях частоты вращения, включая номинальную, и в неподвижном состоянии, поддерживая приложенное напряжение или ток неизменным. Сопротивление по полюсам или парам полюсов измеряется только при неподвижном роторе. Отклонения полученных результатов от данных завода-изготовителя или от среднего значения измеренных сопротивлений полюсов более чем на 3-5% свидетельствуют о наличии дефектов в обмотке ротора. На возникновение витковых замыканий указывает скачкообразный характер снижения сопротивления с увеличением частоты вращения, а на плохое качество в контактах демпферной системы ротора указывает плавный характер снижения сопротивления с увеличением частоты вращения. Окончательный вывод о наличии и числе замкнутых витков следует делать на основании результатов снятия характеристики КЗ и сравнения ее с данными завода-изготовителя.

7. Проверка и испытание электрооборудования систем возбуждения.

Приводятся нормы испытаний силового оборудования систем тиристорного самовозбуждения (далее СТС), систем независимого тиристорного возбуждения (СТН), систем безщеточного возбуждения (БСВ), систем полупроводникового высокочастотного возбуждения (ВЧ). Проверка автоматического регулятора возбуждения, устройств защиты, управления, автоматики и др. производится в соответствии с указаниями завода-изготовителя.

Проверку и испытание электромашинных возбудителей следует производить в соответствии с 1.8.14.
7.1. Измерение сопротивления изоляции.

Значения сопротивлений изоляции при температуре 10-30 ºС должны соответствовать приведенным в табл.1.8.5.

7.2. Испытание повышенным напряжением промышленной частоты.

Значение испытательного напряжения принимается согласно табл.1.8.5, длительность приложения испытательного напряжения 1 мин.

7.3. Измерение сопротивления постоянному току обмоток трансформаторов и электрических машин в системах возбуждения.

Сопротивление обмоток электрических машин (вспомогательный генератор в системе СТН, индукторный генератор в системе ВЧ, обращенный синхронный генератор в системе БСВ) не должно отличаться более чем на 2% от заводских данных; обмоток трансформаторов (выпрямительных в системах СТС, СТН, БСВ; последовательных в отдельных системах СТС) — более чем на 5%. Сопротивления параллельных ветвей рабочих обмоток индукторных генераторов не должны отличаться друг от друга более чем на 15%, сопротивления фаз вращающихся подвозбудителей — не более чем на 10%.

7.4. Проверка трансформаторов (выпрямительных, последовательных, собственных нужд, начального возбуждения, измерительных трансформаторов напряжения и тока).

Проверка производится в соответствии с нормами, приведенными в 1.8.16, 1.8.17, 1.8.18. Для последовательных трансформаторов ПТ определяется также зависимость между напряжением на разомкнутых вторичных обмотках и током статора генератора U_2п.т.=f(I_ст.).

Характеристика U_2п.т.=f(I_ст.) определяется при снятии характеристик трехфазного короткого замыкания генератора (блока) до I_ст.ном.. Характеристики отдельных фаз (при однофазных последовательных трансформаторах) не должны различаться между собой более чем на 5%.

7.5. Определение характеристики вспомогательного синхронного генератора промышленной частоты в системах СТН.

Вспомогательный генератор (ВГ) проверяется в соответствии с п.8 данного параграфа. Характеристика короткого замыкания ВГ определяется до I_ст.ном. , а характеристика холостого хода до 1,3U_ст.ном. с проверкой витковой изоляции в течение 5 мин.

7.6. Определение характеристики индукторного генератора совместно с выпрямительной установкой в системе ВЧ возбуждения.

Производится при отключенной обмотке последовательного возбуждения.

Характеристика холостого хода индукторного генератора совместно с выпрямительной установкой (ВУ) , [U_ст, U_ву=f(I_н.в.), где I_н.в. — ток в обмотке независимого возбуждения], определяемая до значения U_ву, соответствующего удвоенному номинальному значению напряжения ротора, не должна отличаться от заводской более чем на 5%. Разброс напряжений между последовательно соединенными вентилями ВУ не должен превышать 10% среднего значения.

Характеристика короткого замыкания индукторного генератора совместно с ВУ также не должна отличаться от заводской более чем на 5%. При выпрямленном токе, соответствующем номинальному току ротора, разброс токов по параллельным ветвям в плечах ВУ не должен превышать ±20% среднего значения. Определяется также нагрузочная характеристика при работе на ротор до I_рхх[I_р=f(I_в.в.)], где I_в.в. — ток возбуждения возбудителя.

7.7. Определение внешней характеристики вращающегося подвозбудителя в системах ВЧ возбуждения.

При изменении нагрузки на подвозбудитель (нагрузкой является автоматический регулятор возбуждения) изменение напряжения подвозбудителя не должно превышать значения, указанного в заводской документации. Разность напряжения по фазам не должна превышать 10%.

7.8. Проверка элементов обращенного синхронного генератора, вращающегося преобразователя в системе БСВ.

Измеряются сопротивления постоянному току переходных контактных соединений вращающегося выпрямителя: сопротивление токопровода, состоящего из выводов обмоток и проходных шпилек, соединяющих обмотку якоря с предохранителями (при их наличии); соединения вентилей с предохранителями; сопротивление самих предохранителей вращающегося преобразователя. Результаты измерения сравниваются с заводскими нормами.

Проверяются усилия затяжки вентилей, предохранителей RC-цепей, варисторов и т.д. в соответствии с заводскими нормами.

Измеряются обратные токи вентилей вращающегося преобразователя в полной схеме с RC-цепями (либо варисторами) при напряжении, равном повторяющемуся для данного класса. Токи не должны превышать значения, указанные в заводских инструкциях на системы возбуждения.

7.9. Определение характеристик обращенного генератора и вращающегося выпрямителя в режимах трехфазного короткого замыкания генератора (блока).

Измеряются ток статора I_ст, ток возбуждения возбудителя I_в.в., напряжение ротора U_р, определяется соответствие характеристик возбудителя U_р=f(I_н.в.) заводским. По измеренным токам статора и заводской характеристике короткого замыкания генератора I_ст=f(I_р) определяется правильность настройки датчиков тока ротора. Отклонение измеренного с помощью датчика типа ДТР-П тока ротора (тока выхода БСВ) не должно превышать 10% расчетного значения тока ротора.

7.10. Проверка тиристорных преобразователей систем СТС, СТН, БСВ.

Измерение сопротивления изоляции и испытание повышенным напряжением производятся в соответствии с табл.1.8.5.

Производятся гидравлические испытания повышенным давлением воды тиристорных преобразователей (ТП) с водяной системой охлаждения. Значение давления и время его воздействия должны соответствовать нормам завода-изготовителя на каждый тип преобразователя. Выполняется повторная проверка изоляции ТП после заполнения дисциллятом (см. табл.1.8.3).

Проверяется отсутствие пробитых тиристоров, поврежденных RC-цепей. Проверка выполняется с помощью омметра.

Проверяется целостность параллельных цепей плавкой вставки каждого силового предохранителя путем измерения сопротивления постоянному току.

Проверяется состояние системы управления тиристоров, диапазон регулирования выпрямленного напряжения при воздействии на систему управления тиристоров.

Проверяется ТП при работе генератора в номинальном режиме с номинальным током ротора. Проверка выполняется в следующем объеме:

— распределение токов между параллельными ветвями плеч преобразователей; отклонение значений токов в ветвях от среднеарифметического значения тока ветви должно быть не более 10%;

— распределение обратных напряжений между последовательно включенными тиристорами с учетом коммутационных перенапряжений; отклонение мгновенного значения обратного напряжения от среднего на тиристоре ветви должно быть не более ±20%;

— распределение тока между параллельно включенными преобразователями; токи не должны отличаться более чем на ±10% от среднего расчетного значения тока через преобразователь;

— распределение тока в ветвях одноименных плеч параллельно включенных ТП; отклонение от среднего расчетного значения тока ветви одноименных плеч не должно быть более ±20%.

7.11. Проверка выпрямительной диодной установки в системе ВЧ возбуждения.

Производится при работе генератора в номинальном режиме с номинальным током ротора. При проверке определяется:

— распределение тока между параллельными ветвями плеч; отклонение от среднего значения должно быть не более ±20%;

— распределение обратных напряжений по последовательно включенным вентилям; отклонение от среднего значения должно быть не более ±20%.

7.12. Проверка коммутационной аппаратуры, силовых резисторов, аппаратуры собственных нужд систем возбуждения.

Проверка производится в соответствии с указаниями завода-изготовителя и 1.8.34.

7.13. Измерение температуры силовых резисторов, диодов, предохранителей, шин и других элементов преобразователей и шкафов, в которых они расположены.

Измерения выполняются после включения систем возбуждения под нагрузку. Температуры элементов не должны превышать значений, указанных в инструкциях заводов-изготовителей. При проверке рекомендуется применение тепловизоров, допускается использование пирометров.

8. Определение характеристик генератора:

а) трехфазного КЗ. Характеристика снимается при изменении тока статора до номинального. Отклонения от заводской характеристики должны находиться в пределах погрешности измерения.

Снижение измеренной характеристики, которое превышает погрешность измерения, свидетельствует о наличии витковых замыканий в обмотке ротора.

У генераторов, работающих в блоке с трансформатором, снимается характеристика КЗ всего блока (с установкой закоротки за трансформатором). Характеристику собственно генератора, работающего в блоке с трансформатором, допускается не определять, если имеются протоколы соответствующих испытаний на стенде заводов-изготовителей.

У синхронных компенсаторов без разгонного двигателя снятие характеристик трехфазного КЗ производится на выбеге в том случае, если отсутствует характеристика, снятая на заводе;

б) холостого хода. Подъем напряжения номинальной частоты на холостом ходу производить до 130% номинального напряжения турбогенераторов и синхронных компенсаторов, до 150% номинального напряжения гидрогенераторов. Допускается снимать характеристику холостого хода турбо- и гидрогенератора до номинального тока возбуждения при пониженной частоте вращения генератора при условии, что напряжение на обмотке статора не будет превосходить 1,3 номинального. У синхронных компенсаторов разрешается снимать характеристику на выбеге. У генераторов, работающих в блоке с трансформаторами, снимается характеристика холостого хода блока; при этом генератор возбуждается до 1,15 номинального напряжения (ограничивается трансформатором). Характеристику холостого хода собственно генератора, отсоединенного от трансформатора блока, допускается не снимать, если имеются протоколы соответствующих испытаний на заводе-изготовителе. Отклонение характеристики холостого хода от заводской не нормируется, но должно быть в пределах погрешности измерения.

9. Испытание междувитковой изоляции.

Испытание следует производить подъемом напряжения номинальной частоты генератора на холостом ходу до значения, соответствующего 150% номинального напряжения статора гидрогенераторов, 130% — турбогенераторов и синхронных компенсаторов. Для генераторов, работающих в блоке с трансформатором, — см. указания п.9. При этом следует проверить симметрию напряжений по фазам. Продолжительность испытания при наибольшем напряжении — 5 мин.

Испытание междувитковой изоляции рекомендуется производить одновременно со снятием характеристики холостого хода.

10. Измерение вибрации.

Вибрация (размах вибросмещений, удвоенная амплитуда колебаний) узлов генератора и их электромашинных возбудителей не должна превышать значений, приведенных в табл.1.8.6.

Вибрация подшипников синхронных компенсаторов с номинальной частотой вращения ротора 750-1500 об/мин не должна превышать 80 мкм по размаху вибросмещений или 2,2 мм·с -1 по среднеквадратическому значению вибрационной скорости.

11. Проверка и испытание системы охлаждения.
Производится в соответствии с инструкцией завода-изготовителя.
12. Проверка и испытание системы маслоснабжения.
Производится в соответствии с инструкцией завода-изготовителя.
13. Проверка изоляции подшипника при работе генератора (компенсатора).

Производится путем измерения напряжения между концами вала, а также между фундаментной плитой и корпусом изолированного подшипника. При этом напряжение между фундаментной плитой и подшипником должно быть не более напряжения между концами вала. Различие между напряжениями более чем на 10% указывает на неисправность изоляции.

14. Испытание генератора (компенсатора) под нагрузкой.

Нагрузка определяется практическими возможностями в период приемо-сдаточных испытаний. Нагрев статора при данной нагрузке должен соответствовать паспортным данным.

15. Определение характеристик коллекторного возбудителя.

Характеристика холостого хода определяется до наибольшего (потолочного) значения напряжения или значения, установленного заводом-изготовителем.

Снятие нагрузочной характеристики производится при нагрузке на ротор генератора не ниже номинального тока возбуждения генератора. Отклонения характеристик от заводских должны быть в пределах допустимой погрешности измерений.

16. Испытание концевых выводов обмотки статора турбогенератора серии ТГВ.

Помимо испытаний, указанных в табл.1.8.1 и 1.8.3, концевые выводы с конденсаторной стеклоэпоксидной изоляцией подвергаются испытаниям по пп.16.1 и 16.2.

16.1. Измерение тангенса угла диэлектрических потерь (tg δ).

Измерение производится перед установкой концевого вывода на турбогенератор при испытательном напряжении 10 кВ и температуре окружающего воздуха 10-30ºС.

Значение tg δ собранного концевого вывода не должно превышать 130% значения, полученного при измерениях на заводе. В случае измерения tg δ концевого вывода без фарфоровых покрышек его значение не должно превышать 3%.

16.2. Проверка газоплотности.

Испытание на газоплотность концевых выводов, испытанных на заводе давлением 0,6 МПа, производится давлением сжатого воздуха 0,5 МПа.

Концевой вывод считается выдержавшим испытание, если при давлении 0,3 МПа падение давления не превышает 1 кПа/ч.

17. Измерение остаточного напряжения генератора при отключении АГП в цепи ротора.
Значение остаточного напряжения не нормируется.
18. Испытание генератора (компенсатора) под нагрузкой.

Нагрузка определяется практически возможностями в период приемо-сдаточных испытаний. Нагрев статора при данной нагрузке должен соответствовать данным завода-изготовителя.